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DE2037154C3 - Bindemittel für Präzisionsgießformen - Google Patents

Bindemittel für Präzisionsgießformen

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Publication number
DE2037154C3
DE2037154C3 DE2037154A DE2037154A DE2037154C3 DE 2037154 C3 DE2037154 C3 DE 2037154C3 DE 2037154 A DE2037154 A DE 2037154A DE 2037154 A DE2037154 A DE 2037154A DE 2037154 C3 DE2037154 C3 DE 2037154C3
Authority
DE
Germany
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weight
binder
water
sio
sol
Prior art date
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Expired
Application number
DE2037154A
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English (en)
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DE2037154A1 (de
DE2037154B2 (de
Inventor
Ralph Marotta
Harry Teicher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Monsanto Co
Original Assignee
Monsanto Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Monsanto Co filed Critical Monsanto Co
Publication of DE2037154A1 publication Critical patent/DE2037154A1/de
Publication of DE2037154B2 publication Critical patent/DE2037154B2/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2037154C3 publication Critical patent/DE2037154C3/de
Expired legal-status Critical Current

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    • B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
    • B22C1/167—Mixtures of inorganic and organic binding agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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    • C04B35/6303—Inorganic additives
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Description

RO
OR
-Si-O-- R
! OR
worin R ein Cr bis Gi-Alkylrest und X eine ganze Zahl von I bis 10 ist, das Alkylsilikat einen Siliciumdioxidgehalt von etwa 20 bis 45 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Silikats, aufweist und
bis 44 Gew.-% des SiO2 in Form eines wäßrigen sauren Silikasoles mit 39 bis 60 Gew.-% SiO2-Geha!t, einem pH von etwa 0,5 bis 1,5 bei 25°C, einer Normalität von etwa 0,05 bis 0,23
in das Gemisch eingeführt sind und daß die SiO2-Teilchen der hydrolysieren Flüssigkeit eine mittlere Oberfläche von 800 bis 1200 m2/g haben.
Die Erfindung betrifft im wesentlichen wasserfreie flüssige Bindemittel für Präzisionsgießformen, wie sie für die Metallfeingießtechniken bzw. den Metullpräzisionsformguß verwendet werden, auf der Grundlage eines Silikasols, eines Wässermlschbaren organischen Lösungsmittels und eines Alkylsilikats.
Die unter Verwendung hydrolysierten Äthylsilikate als Bindemittel hergestellten Formen befriedigen nicht immer. Beispielsweise besitzen sie ungenügend Festigkeit oder müssen bei hohen Temperaturen über lange Zeit gebrannt werden. Andere benötigen zu lange Zeit zur Verdampfung des organischen Lösungsmittels oder weisen hohe thermische Ausdehnung auf.
Aus der britischen Patentschrift 7 68 232 sind Bindemittel auf der Basis von Athylsilikat, angesäuertem kolloidalem Silikasol und organischem Lösungsmittel bekannt. In der anschließenden späteren Weiterentwicklung der amerikanischen Patentschrift 28 42 445 versucht die gleiche Autorin eine befriedigende Lösung mit einem Bindemittel auf dieser Basis, wobei das Athylsilikat durch das Silikasol, das eine Normalität von ungefähr 0,25 bis ungefähr 1,2 aufweist, hydrolysiert wird. Das Bindemittel ist jedoch nicht lagerstabil. Ziel ist ein hydrolysiertes Athylsilikat enthaltendes Bindemittel, das wenigstens zwei Monate stabil ist.
Aufgabe der Erfindung ist es demnach, Präzisionsgießformen-Bindemittel mit erhöhter Stabilität und verbesserten funktionellen Eigenschaften zur Verfügung zu siellen-Gegenstand der Erfindung ist demnach eine im wesentlichen wasserfreie Bindemittelflüssigkeit für Präzisionsgießformen auf der Grundlage eines Silikasols. eines wassermischbaren organischen Lösungsmittels und eines Alkylsilikats, wobei das flüssige Bindemittel aus einem Gemisch von
10bis25Gew.-%SiO2,
75 bis 90 Gew.-% eines wassermischbaren Ci- bis Ci-Alkohols, gegebenenfalls im Gemisch mit einem wassermischbaren Keton, als Lösungsmittel und weniger als 5 Gew.-% Wasser besteht, wobei
38 bis 70 Gew.-% des Lösungsmittels als solches eingeführt ist, die restlichen Teile aus dem hydrolytisch aus Alkylsilikat(en) abgespaltenem Alkohol stammen,
56 bis 82 Gew.-% des SiO2 in Form eines oder mehreren Alkylsilikate der Formel
OR R O ■ I-Si O
OR
worin R ein Ci- bis d-Alkylrest und X eine ganze Zahl von I bis 10 ist, das Alkylsilikat einen Siliciumdioxidgehalt von etwa 20 !.is 45 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Silikats, aufweist und
18 bis 44 Gcw.-°/i des SiO2 in Form eines wäßrigen sauren Silikasoles mit 39 bis 60 Gew.-% SiO2-Gehalt, einem pH von etwa 0,5 bis 1,5 bei 25T, einer Normalität von etwa 0,05 bis 0,23
in das Gemisch eingeführt sind und daß die SiO2-TeU-chen der hydrolysierten Flüssigkeit eine mittlere Oberfläche von 800 bis 1200 m2/g haben.
Die Bindemittel der Erfindung sind wenigstens Zwei Monate bei 25°C stabil. Unerwarteterweise weist das Bindemittel mit etwa 15 bis 20 Gew.-% Siliciumdioxid ebenso gute Bindefunktionen auf, wie ein aus hydrolysierten Äthylsilikaten hergestelltes Bindemittel mit einem Gehalt von ungefähr 25 Gew.-% oder mehr Siliciumdioxid. Es wird erhöhte Festigkeit in grünem Zustand und nach dem Brand im Vergleich zur Verwendung von hydrolysiertem Athylsilikat erzielt.
Brennzeit und -temperatur und die bleibende Ausdehnung können verringert werden. Die erfindungsgeniäßen Bindemittel können auch zur Herstellung keramischer Kerne verwendet werden.
Im allgemeinen wird zur Herstellung der erfindungsgemäßen Bindemittel, die eine homogene flüssige Phase und darin dispergiertes kolloidales Siliciumdioxid aufweisen, so vorgegangen, daß zuerst das wassermischbare organische Lösungsmittel dem sauren wäßrigen kolloidalen Silikasol und dann das Alkylsilikat zugegeben werden. Man kann aber auch das saure organowäßrige Silikasol und das Alkylsilikat zusammengeben. Das Alkylsilikat wird durch Wasser aus dem kolloidalen Silikasol und aus anderen Ausgangsmaterialien hydrolysiert
Beispiele für das Alkylsilikat sind Tetramethylorthosilikat, insbesondere Tetraäthylorthosilikat, Tetrapropylorthosilikat, Tetrabutylorthosilikat u. dgl. und die verschiedenen Polymerisate derselben mit einem Gehalt von 2 bis 10—Si — O-Einheiten. Polysilikate mit 2 bis 10—Si —O-Gruppen, Gemische derselben und Gemische derselben mit dem Tetraäthylorthosiljkatmonomeren sind ebenfalls bevorzugt.
Die Alkylsilikate enthalten vorzugsweise ungefähr 38 bis ungefähr 42 Gew.-°/o Siliciumdioxid, bezogen auf das Alkylsilikat-Gesamtgewicht. Im Falle von Polymerisaten ist weniger als I Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Alkylsilikats, freier Alkohol. Ein flüssiges Polyäthylsilikat mit einem Gehalt von 90 bis ungefähr 95 Gew.-% Polymerisaten mit 5 bis 6—Si —O-Gruppen pro Molekül, wobei der T.est aus anderen Polymerisaten mit I bis 8—Si—O-Gruppen p-o Mc'-.kül besteht, ist bevorzugt. Es enthält ungefähr 38 bis ungefähr 42 Gew.-% Siliciumdioxid (SiO2), wobe; der Rest aus Äthoxygruppen, Sauerstoff und weniger als ungefähr 1% freien Alkohol besteht. Diese Silikate sind im wesentlichen neutral.
Die Alkylsilikate werden vorzugsweise in einer Menge verwendet, daß sie ungefähr 78—81 Gew.-% des Gesamtsiliciumdioxidgehalts des Bindemittels bilden. Für ein Bindemittel mit ungefähr 20 Gew.-% Gesamt-SiO2 können also z. B. ungefähr 34 Gew.-% Alkylsilikat einer SiO2-Konzentration von 41 Gew.-°/o verwendet werden.
In den sauren wäßrigen kolloidalen Silikasolen haben die SiO2-Teilchen vorzugsweise eine Korngröße bzw. Endpartikelgröße von weniger als 250 πιμ im allgemeinen Bereich von 5 bis 200 ΐημ, gewöhnlich weniger als 100 mu~ Besonders bevorzugt ist ein Silikasol mit einem pH-Wert von ungefähr 0,5 bis ungefähr 1,5 bei 25°C, einer SiO2-Konzentration von ungefähr 40 bis ungefähr 55 Gew.-% und einem Wassergehalt von ungefähr 45 bis ungefähr 60 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gewicht des Sols, einer Endpartikelgröße von ungefähr 5 Γημ bis ungefähr 50 Γημ und einer Normalität von ungefähr 0,05 bis ungefähr 0,23.
Vorzugsweise wird das Silikasol in einer Menge verwendet, die ausreicht, um ungefähr 19 — 33 Gew.-% des Gesamt-SiO2 des Bindemittels zu bilden. Für ein Bindemittel mit ungefähr 20 Gew,-°/o Gesamt-SiOj werden also z. B. 13 Gew.-% Silikasol einer SiO2-Konzentration von ungefähr 45 Gew.-% verwendet.
Die sauren wäßrigen Silikasole können hergestellt werden durch Ansäuern eines einen pH-Wert über 7, vorzugsweise zwischen 8,0 und 11,0 aufweisenden, alkalischen, wäßrigen, kolloidalen Silikasols mit einer Siliciumdioxidkonzentration von wenigstens 39 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des wäßrigen Sols. Das alkalische Sol kann mit einer Mineralsäure oder einem Kationenaustauscherharz in der Säureform angesäuert werden. Die alkalischen wäßrigen kolloidalen Silikasole können nach einer Vielzahl bekannter Verfahren hergestellt werden (vgl. z. B. die amerikanischen Patentschriften 25 77 484, 25 77 485, 27 50 345, 29 29 790,33 42 748 und 33 74 180).
Sie haben meist ein SiOi-zu-MiO-Molverhä'tnis (worin M = Alkalimetall, wie Natrium oder Ammonium) im Bereich von ungefähr 10:1 bis 500:1 und gewöhnlich im Bereich von ungefähr 80 :1 bis ungefähr 300 :1. Sie enthalten wenigstens 39 und bis zu 60 Gew.-% Siliciumdioxid. Die kleinsten Siliciumdioxidpartikol in dem Sol erscheinen als Sphäroide im Elektronenmikroskop.
Die Sole enthalten vorzugsweise ungefähr 40—50 Gew.-% kolloidales Siliciumdioxid, bezogen auf das Gewicht der Sole. Sie können herstellungsbedingt relativ geringe Mengen wasserlöslicher anorganischer Salze, z. B. Natriumsulfat, Natriumchlorid, Natriumsilikat u. dgl., meist in Mengen von weniger als ί ,5 Gew.-°/b enthalten.
Zur Ansäuerung solcher Sole werden Mineralsäuren, insbesondere Salzsäure, Schwefelsäure aber auch
> Salpetersäure verwendet, bis sie eine Normalität im Bereich von ungefähr 0,05—0,23 aufweisen. Die Mineralsäuren sind im Bindemittel in einer solchen Menge anwesend, daß zusätzlich zu den angegebenen Normalitäten der Silikasole eine Normalität des Bindemittels im Bereich von ungefähr 0,003—0,05, vorzugsweise ungefähr 0,005 bis ungefähr 0,02, gebildet wird. Die freie Säure kann durch Titrieren bestimmt werden.
Beispiele für die wassermischbaren Ci- bis Q-Alkohole und wassermischbaren Ketone sind Methylalkohol, insbesondere Äthylalkohol, Isopropylalkohol und Aceton.
Sie sollten im wesentlichen wasserfrei verwendet werden, weil freies Wasser die Siabilitäv vies Bindemittels stört. Die organischen Lösungsmittel werden in einer Menge von ungefähr 38 - 70 Gew.-%, vorzugsweise von ungefähr 50 — 60 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittels, eingesetzt. Da während der Hydrolyse Alkohol gebildet wird, ist die Gesamtmenge an organischen Lösungsmitteln im Bindemittel ungefähr 75-90 Gew.-%, vorzugsweise ungefähr 80 — 85 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittels.
In der homogenen flüssigen Phase des erfindungsgemäßen Bindemittels ist SiO2 vorzugsweise in einer Menge von ungefähr 15-20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittels, dispergiert. Das Bindemittel ist im wesentlichen wasserfrei, d. h., daß Wasser in einer Menge von weniger als 5, vorzugsweise weniger als 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittels, vorhanden ist. Durch Steuerung des Molverhältnisses Wasser (aus den Ausgangsmaterialien) zu ( —Si-O —),-Einheiten pro Molekül des Alkylsilikats, wobei χ eine Zahl von I bis 10 ist, wird ein im wesentlichen wasserfreies Produkt erhalten, Das Molverhältnis Wasser zu (-Si-O-),-Einheiten pro Molekül beträgt von ungefähr 0,6 : I bis ungefähr 1,7 : I. Ein bevorzugte·; Molverhältnis ist 1,67 : 1.
Die mittlere Oberfläche des Siliciumdioxids in den Bindemitteln liegt im Bereich von ungefähr 800 bis ungefähr 1200 m2/g, wobei die Oberfläche durch Titrieren mit Natriumhydroxid nach dem in Anal. Chem., 28, 1981 (1956) beschriebenen Verfahren bestimmt wird,
auf das hier Bezug genommen wird. Es kann weiterhin die Elektronenmikroskopie zur Größenbestimmung verwendet werden. Die Sol-Partikel können größer sein. Die SiOrOberfläche des kolloidalen Silikasols beträgt ungefähr 60-400 m2/g, vorzugsweise ungefähr 60-160 mVg, die SiOj-Oberfläche aus dem hydrolysieren Alkylsilikat ungefähr 1400 m3/g.
Die genannten Stoffe und Mengen sind kritisch, sonst erhält ma.i Bindemittel, die unstabil sind bzw. die nicht ausreichende Bindefestigkeit liefern. Bei weniger Säure ι π bleibt Alkylsilikat unhydrolysiert zurück, verflüchtigt sich beim Brennen und geht als SiO2-Binder verloren. Bei mehr Säure wird mehr Base zum Gelieren notwendig. Bei weniger Wasser ist eine unvollständige Hydrolyse zu befürchten, unter Verflüchtigung des r> Alkylsilikats mit den bereits oben festgestellten Folgen. Bei mehr Wasser wird das Bindemittel in einer kurzen Zeit gelieren oder zu viskos und unbrauchbar. Wenn zu viel Siliciumdioxid im Bindemittel vorhanden ist, geliert die Flüssigkeit in kurzer Zeit. Wenn andererseits nicht -1» ausreichend Siliciumdioxid im Bindemittel vorhanden ist, ist ungenügende Festigkeit die Folge. Wenn schließlich nicht ausreichend Lösungsmittel vorhanden ist, tritt eine sofortige Gelierung unter Ausscheidung von Siliciumdioxid auf. 2>
Die bevorzugten flüssigen Bindemittel werden beispielsweise aus den folgenden Bestandteilen hergestellt:
(A) Einem sauren wäßrigen kolloidalen Silikasol mit in einer Siliciumdioxidkonzentration von ungefähr 40 — 55 Gew.-%, auf das Gewicht des Sols bezogen, wobei das Sol in einer Menge eingesetzt wird, um von ungefähr 19-33 Gew.% des Siliciumdioxids im Bindemittel zu liefern. Das Sol wird durch r> Ansäuern eines alkalischen wäßrigen kolloidalen Silikasols eines pH-Wertes von ungefähr 8,5— 10,5, eines Silicium-zu-Natriumoxidverhältnisses von ungefähr 80 :1 bis ungefähr 300 : 1, einer Stabilität gegenüber Gelierung von wenigstens 2 Monaten in bei 25°C, einer Partikelgröße im Endzustand von ungefähr 5 ιτιμ bis ungefähr 200 Γημ, einer Oberfläche von 60 bis 160 m2/g und einer anorganischen Salzkonzentration von weniger als 0.1 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des -n alkalischen Sols, erhalten. Die Sole werden entweder mit Salzsäure oder Schwefelsäure unter Einstellung einer Normalität von ungefähr 0,05 bis ungefähr 0,23 angesäuert;
(B) Wasserfreiem Äthanol, das als wassermischbares organisches Lösungsmittel in einer Menge von ungefähr 50 bis ungefähr 60 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittels, verwendet wird;
(C) Einem flüssigen Äthylpolysilikat mit einem Gehalt von 90 bis ungefähr 95 Gew.-% an Polymerisaten mit 5 bis 6-Si — O-Gruppen pro Molekül, wobei der Rest durch andere Arten mit 1 bis 8-Si —O-Gruppen pro Molekül gebildet wird. Solche Silikate enthalten ungefähr 38-42 Gew.-°/o SiOi, bezogen auf das Gesamtgewicht des Silikats, wobei der Rest durch Äthoxygruppen, Sauerstoff und weniger als 1% freiem Alkohol gebildet wird. Dieses Silikat ist im wesentlichen neutral mit einer Oberfläche von 1400 mVg, wenn es vollständig hydrolysiert ist und wird in einer Menge eingesetzt, um ungefähr 67-81 Gew.-% Gesamtsiliciumdioxid im Bindemittel zu bilden.
Die erfindungsgemäßen Bindemittel sind gegenüber Gelieren oder Absitzen wenigstens 60 Tage bei einer Temperatur von 25°C stabil, enthalten Siliciumdioxid in einer Menge von ungefähr 15 bis ungefähr 20 Gew.-%, ausreichend Säure für eine Normalität von ungefähr 0,005 bis ungefähr 0,02, Äthylalkohol in einer Menge von ungefähr 80 bis ungefähr 85 Gew.-%, weniger als 1 Gew.-% Wasser, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittels, und haben ein SiO2-Oberflächenmittel von ungefähr 800 - 1200 m2/g.
Mischt man zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bindemittels die obigen Bestandteile, z. B. durch Zugabe des wassermischbaren organischen Lösungsmittels unter innigem Mischen zum Sol und nachfolgender Alkylsilikat-Zugabe, unterliegt das Alkylsilikat ungefähr 1 oder 2 Stunden der Hydrolyse; vorzugsweise wird das Gemisch während dieser Zeit gerühr·. Mar kann auch ein saures organowäßriges Silikasol mit einem Alkylsilikat zusammengeben. Ebenso kann man auch eine Mineralsäure mit einem wassermischbaren organischen Lösungsmittel innig mischen. Dann wird dieses Gemisch mit einem alkalischen wäßrigen kolloidalen Silikasol zusammengegeben. Dann wird ein Alkyisilikat zugegeben, wie oben erwähnt, wird es bevorzugt, das Gemisch während dem Stattfinden der Hydrolyse zu rühren.
In den nachfolgenden Beispielen sind Teile und Prozentsätze auf das Gewicht bezogen, es sei denn, daß dies anders angegeben ist.
B e i s "> i e'.
Die Bindemittel der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Weise hergestellt. Entsprechend den Angaben der Tabelle I —A wird Säure zu den stabilen, alkalischen, wäßrigen, kolloidalen Silikasolen in einem Mischgerät zugegeben und ungefähr 5 bis 10 min mi gemischt. Danach wird Äthanol zugegeben und weitere 5 bis 10 min gemischt. Schließlich wird Äthylpolysilikat mit einem Gehalt von 90 bis ungefähr 95 Gew.-% Polymerisaten mit 5 bis 6 —Si —O-Gruppen pro Molekül, wobei der Rest aus anderen Arten mit ! bis (,-, 8 —SiO-Gruppen pro Molekül besteht, zugesetzt und weitere 15 min gemischt. Ein derartiges Silikat enthält ungefähr 41 Gew.-% Siliciumdioxid, bezogen auf das Gesamtgewicht des Alkylsilikats, wobei der Rest aus Alkoxygruppen, Sauerstoff und weniger als 1% freiem Alkohol besteht, ist im wesentlichen neutral und hat ein spezifisches Cewicht bei 15,5°C von 1,07.
Nach der Zugabe von Äthylpolysilikat beträgt die Temperatur des Gemischs ungefähr 25 bis 28°C. Das Mischen wird fortgesetzt, bis die Temperatur auf ein Maximum von ungefähr 38 bis 40°C in ungefähr IV2 bis 2 Stunden ansteigt, wobei während dieser Zeit die Hydrolyse stattfindet. Wenn diese maximale Temperatur erreicht ist, ist das Bindemittelgemisch zur Verwendung fertig.
Tabelle Ι-Λ
Bindcllüssigkeilcn der vorliegenden l-rflndung
Hindellüssigkeilen
WäHriges Silikasol Älhylpolysilikal 41% SiO,
8.67')
12.09
47.82
Säure
37%
lld
I 423.0' ) 13,21 I 098.0 34.28 8.25
2 3 13.O1' ) 9.83 I 178,0 36.99 8.25
3 24 094.0' ) 13.19 62 962.0 34.47
4 24 154.0' ) 13,27 62 370.0 34.27 454.0
37
I,
600.0
0.23
Normalität tics angesäuerten Silikiisdls
0.23 0.17 0.18 0,20 0.1 I
Tabelle Ι-Λ (l-'orlset/ung)
Uimlcllüsslg- keiten
Wasserfreies Äthanol
I 674,0 52,26
1 685.0 52.92
95011.0 52,01
95011.0 52,21
28,53 39.77
I ικίμυΐκιΐΐ ", SiO1 im "., SiO. im
SiO. I ndprodukl I mlpmdukt
ati1· Sol aus AtInI-
polysdih.il
19,5
19.6
20,30
20.02
25,0 29.8
24.6
29.2
29.8
21,2
70,2
75,4
70,8
70.2
78,8
Oberfläche
nr /g
1033
1081
961
874
1134
I auc bis zur Gclierung oder /um Ahsit/en
125 -365
150
134 Ί04
25 ( ; Silicium-
pll-Wert ungefähr ■),.1; SiO. /u Na;O ungefähr 145; Stabilität gegenüber (iclieren mindestens 2 Monate bei 25 ( ; Siliciumdioxid ungefähr 44,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Sols; l'artikelgröUe im lindzustand von ungelähr Ihm1/: Wassergehalt ungefähr 55 Gew.-",„ und anorganische Sal/kon/entration ungelähr 0.24 Gew.-"„. jeweils bezogen aiii das Gesamtgewicht des Sols.
pH-Wert ungefähr 9.8; SiOi /u NaiO ungclahr 110; Stabilität gegenüber Gelieren mindestens 2 Monate bei 25 ( ; Siliciumdk)\idkon?cntralion ungefähr 49 Gcw-7«. bezogen auf das Gesamtgewicht des Sols; l'artikelgröUe im Endzustand ungeHihr 25mr.'.; Wassergehalt ungefähr 50 Gew-".., i.ind :innrganisrhc Salzkon/entration ungeHihr (1.75 (iew-1:,. jeweils
bezogen auf das (iesamtgewiehl des S
Aus der Tabelle I —A ergibt sich eine hervorragende Stabilität der erfindungsgemäßen Bindemittel von über 3 Monaten. Werden die kritischen Werte nicht eingehalten, geht ^ie Stabilität der Bindemittel sofort
Tabelle I-B
Binileflüssigkeiten nach dem Stand der Technik verloren.
Die in Tabelle I — B wiedergegebenen Ergebnisse von Vergleichsversuchen mit den Bindemitteln der amerikanischen Patentschrift 28 42 445 zeigen dies.
Hindcflüssig- Wäßriges Silikasol keilen Athylpolysilikat. 41% SiO:
28.4';
31.2'1)
8!00.011I
!3,42 15,42 12.34
152.0 71.83
140.0 69.18
48.5 73.35
Säure. 37", 2,36 HCl Normalität
2.36 des an
354.0 gesäuerten
g Silikasols
0.49
0.89
0.40
Tabelle I-B (Fortsetzung)
10
Himlellüssig- Äthanol '«1.3%
keilen
2X.X
2X.X
'«142.0
12.3
12.X
12.4
!■ndgchall
31.5 33.0 33.9
"■'« SiO. im "-'.. SiO. im lage his /um
Kndprodukl Indprodukt Gelieren oder
aus Sol aus Alhyl- Absil/en
polysilikat
6.4 93.6 <,
14.0 X6.0 - I
I 1.0 X9.0 <- ι
pll-Werl ungelahr III; SiO. /u Na.O ungcHihr 90; Slahilitiit gegenüber (ielicren mindestens 2 Monate hei 25 ( ; Siliciumdioxidkon/entralion ungefähr 15 Gcw.-%. he/ogen auf das Gesamtgewicht des Sols; l'arlikelgrril.le im hnd.'iistaml iingclahr I5(tnv); Wassergehall ungelahr 85 (iew.-"/< und anorganische Sal/kon/entration von ungefähr 0.1 (iew.'".i, he/ogen aiii'(his Gesamtgewicht lies Mils.
:>II-Werl ungelahr K); SiOi /u NaiO ungefähr 'K); Stabilität gegenüber (ielicren liir eine Zeitdauer mindeslers 2 Monate hei 2s ( ; Silitiumdiovidkon/enlralion ungelahr M) (>ew.-%. he/ogen aul das Gesamtgewicht des Sols, l'ar'ilielgröße im I nd/uslami ungelahr 14 m·); Wassergehalt ungelahr 70 Gew-% und eine anorganische Sal/kon/entration von ungelnhr 0.OX Gew -".,. jeweils he/ogen auldas Gesamtgewicht des Sols.
Ks zeigt sich, daß die Bindemittel nach dem Stand der Technik weniger als 24 Stunden stabil sind.
Die Grünfestigkeit der mit erfindungsgemäßen Bindemitteln hergestellten Formen (Festigkeit im ungebrannten Zustand), deren Festigkeit nach dem Brennen, das thermische Expansionsverhalten und die Ciasb dung der Formen wurden geprüft. Als Formmaterial wurde feuerfester Zircon verwendet. Mit den Bindemitteln des Beispiels 1 wurden in jedem Fall verbesserte Festigkeiten in grünem und in gebranntem Zustand sowie verbesserte thermische Expansions- und Ga .bildungseigenschaften festgestellt.
Beispiel 2
0 J4 g 37gew.-%ige Schwefelsäure werden zu 13,3 g alk ilischem wäßrigen kolloidalen Silikasol zugegeben [Sol a) nach Tabelle I - A] und ungefähr 7 min gemischt. Danach werden 52.3 g wasserfreies Propanol in den Mischer eingebracht und zusätzlich IO min gerührt. Schließlich werden 34,3 g flüssiges Äthylpolysilikat (wie in Beispiel I verwendet) in den Mischer eingebracht und weitere 15 min gemischt. Die Temperatur beträgt dann ungefähr 25 bis 28°C; das Mischen wird fortgesetzt, bis die Temperatur bis auf ungefähr 38 —40°C in ungefähr !'/> bis 2 Stunden ansteigt, wobei während dieser Zeit die Hydrolyse des Silikats stattfindet. Nach Eintreten der maximalen Temperatur wird das Bindemittel gekühlt und ist fertig zur Verwendung.
Gleich gute Ergebnisse werden erhalten, wenn Methanol und Aceton in gleichen Anteilen an Stelle von wasserfreiem Propanol verwendet werden, deich gute Ergebnisse werden ebenso erhalten, wenn man Tetraäthylorthosilikat durch gleiche Mol-Mengen Äthylpolysilikat ersetzt.

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Im wesentlichen wasserfreie Bindemittelflüssigkeit für Präzisionsgießformen auf der Grundlage eines Silikasols, eines wassermischbaren organischen Lösungsmittels und eines Alkylsilikats, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Bindemittel aus einem Gemisch von
    10bis25Gew.-°/oSiO>,
    bis 90 Gew.-°/o eines wassermischbaren Ci- bis Ct-Alkohols, gegebenenfalls im Gemisch mit einem wassermischbaren Keton, als Lösungsmittel und weniger als 5 Gew.-% Wasser besteht, wobei
    bis 70 Gew.-% des Lösungsmittels als solches eingeführt ist, die restlichen Teile aus dem hydrolytisch aus Alkylsilikat(en) abgespaltenem Alkohol stammen,
    bis 82 Gew.-°/o des SiO2 in Form eines oder mehrerer Alkylsilikate der Formel
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